JPH10254620A - 三次元データ入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 三次元データ入力装置による回転角入力の際
における操作性の向上を図り、入力時の操作者への負担
を軽減する。 【解決手段】 筐体１０内に収容され、測定平面上にお
ける筐体の変位を検出する変位検出手段と、少なくとも
１つの軸線回りの回転を検出する回転検出手段とを備え
た三次元データ入力装置において、筐体を測定平面に対
して水平支持する水平支持脚１４と、筐体１０を測定平
面上に支持した状態で軸線回りの回転を許容する底面１
０ｂとを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばコンピュー
タのデータ入力を行うための三次元データ入力装置に関
する。三次元データ入力装置の例としては、三次元デー
タの入力が可能な三次元マウスが挙げられる。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータで使用されているデータ入
力装置として、キーボードのほか、マウス、デジタイザ
等のポインティングデバイスが多用されている。図１０
は、ポインティングデバイスの一例であるマウスを示す
斜視図である。

【０００３】図１０において、マウスＭは、箱形の筐体
１の上面に所定個数の操作ボタン２（図示例では３つ）
が配置され、さらに、筐体１の底面にボール体（図示省
略）が転動自在に支持されている。ボール体は筐体の底
面から一部が露出され、また、筐体１の底面には、ボー
ル体がマウスパッド等の操作平面に接触した状態で、そ
の底面と操作平面とが平行状態を保ったまま筐体１の水
平移動が許容されるような機構になっている。通常、こ
のような機構は、筐体１の底面から突出して操作平面に
摺動自在な低摩擦材等を有する支持脚である。現在多用
されているマウスは、いずれも操作平面上におけるマウ
スの相対変位を検出するものであり、二次元的なデータ
入力のみに限られている。これは、デジタイザ等のよう
な他の同種のデータ入力装置を用いる場合も同様であ
る。

【０００４】近年、三次元データ入力可能なデータ入力
装置が提案されている（例えば、特公平６−７３７１号
公報、特願平８−２４４８７号明細書参照）。これらの
技術は、何れも、机上で三次元データ、特に三次元の姿
勢角データを入力できることを示唆している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の三次元データ入力装置では、机上における姿勢
角入力時の操作性には言及されておらず、その筐体形状
は、図１０に示すような、従来机上で使用する底面が平
面状になっている二次元データ入力可能なマウスＭ以外
に想像できるものではない。従って、従来提案されてい
る三次元データ入力装置は、回転角入力、特にロール角
（筐体の左右方向の回転角）及びピッチ角（筐体の前後
方向の回転角）を入力する場合、装置そのものを中空で
用いるか、あるいは筐体底面と側面の稜線を支点にして
傾けるしかなかった。また、三次元データ入力装置を持
ち上げ中空で操作する場合、その重さによる負荷がその
まま操作者の手にかかることになり、長時間作業での疲
労が問題となる。また、稜線を支点にして操作する場
合、稜線部分自体が妨げになり円滑な角度入力が出来な
いことや装置を保持する姿勢が不安定であることなども
問題となる。

【０００６】そこで本発明の課題は、回転角入力の際に
おける操作性の向上を図り、入力時の操作者への負担を
軽減することができる、改良された三次元データ入力装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、筐体内に収容
され、測定平面上における筐体の変位を検出する変位検
出手段と、少なくとも１つの軸線回りの回転を検出する
回転検出手段とを備えた三次元データ入力装置に適用さ
れる。そして、上記課題は、筐体を測定平面に対して水
平支持する水平支持部と、筐体を測定平面上に支持した
状態で軸線回りの回転を許容する回転許容部とを筐体に
設けることにより解決される。回転許容部は、筐体を測
定平面上に支持した状態で軸線回りの回転を許容する。
従って、筐体を測定平面上に配置した状態で回転入力が
可能になり、回転入力のために筐体を中空で用いる必要
がなくなる。

【０００８】本発明の好ましい一つの実施態様として
は、回転許容部は、筐体の外面に形成され、測定平面に
少なくとも一点で接触する凸面部を有し、水平支持部
は、凸面部を測定平面に接触させた状態でこの凸面部を
測定平面に水平支持させるものが挙げられる。この場
合、水平支持部は、凸面部の周縁部から外方に突出して
先端が測定平面に接触可能な支持部材を有してもよい。
この支持部材は、凸面部の周縁部から進退自在に外方に
突出して先端が測定平面に接触可能な複数の支持脚であ
ってもよく、あるいは、凸面部の周縁部に一端が固定さ
れた筒状の蛇腹部材であってもよい。

【０００９】本発明の好ましい他の実施態様としては、
筐体が底面及びこれに辺縁部を介して接する側面を有
し、水平支持部は、筐体の底面に形成された平坦部を有
し、回転許容部は、辺縁部に形成された面取部を有する
ものが挙げられる。この場合、面取部は凸面状、あるい
は、平面状に形成されていてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 （第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態である
三次元マウスを示す斜視図、図２は三次元マウスの内部
構成を示す図であり、（ａ）は平面方向から内部を透視
した図、（ｂ）は側面方向から内部を透視した図であ
る。

【００１１】この三次元マウスＴＤＭは、後述するセン
サ機構等を内蔵した筐体１０と、筐体１０の上面１０ａ
に設けられた操作ボタン１１と、筐体１０の底面１０ｂ
に転動自在に支持されたボール体１２とを概略備えてい
る。筐体１０の底面１０ｂは半球状の凸面に形成されて
いる。この場合、机上設置時の安定した姿勢を保つた
め、言い換えれば、机上のマウスパッド等の操作平面に
沿った移動を容易にするため、三次元マウスＴＤＭに
は、図１及び図３に示すように、底面１０ｂから操作平
面に向かって外方に突出し、バネ１３による弾性力を持
った進退が可能な支持脚１４がマウスの前後左右の計４
ヶ所に設けられている。

【００１２】三次元マウスＴＤＭは、図２に示すよう
に、筐体１０の内部に、回転自在のボール体１２、変位
検出手段として用いる一対のロータリーエンコーダ１
５、１６、回転検出手段として用いるジャイロ１７、及
び、スイッチ１８が配置されている。ボール体１２は、
マウス筐体１０の底面１０ｂ下端部に形成された開口部
１０ｃからその一部が露出するように配置され、この露
出部分がマウスパッド１９と接することによって、マウ
ス筐体１０の移動に連動して回転するようになってい
る。ロータリーエンコーダ１５、１６は、互いに直行す
る水平２軸方向（前後、左右）からボール体１２の表面
に常時接触するように配置され、各軸におけるボール体
１２の回転量に対応する信号をそれぞれ出力するように
なっている。

【００１３】ジャイロ１７は、上記２軸及びこれらの２
軸に直交する第３の軸（垂直方向）にそれぞれ配置さ
れ、マウス筐体１０の回転量に対応した信号を出力する
ようになっている。３つのスイッチ１６は、各々マウス
筐体１０の上面に配置された操作ボタン１１に連動して
おり、対応する操作ボタン１１が押されたときに、それ
を表す選択信号を出力する。

【００１４】ロータリーエンコーダ１５、１６は、ボー
ル体１２に接触したローラ（図示省略）と同一回転軸に
設けられた回転スリットが、ボール体１２の回転に連動
して回転し、光を遮断したときにその状態をフォトセン
サで検出し、ボール体１２の回転量を回転信号（パルス
信号）に変換して出力するように構成されたものであ
る。

【００１５】ジャイロ１７は、回転角度を高精度に検出
できるものであれば、特にその種類を問うものではない
が、例えば圧電型振動ジャイロを用いることが好まし
い、この圧電型振動ジャイロは、小型、軽量でマウス筐
体１０内に装着可能な上、量産性が高いので、製造コス
トの大幅な低減化が期待できるものである。

【００１６】（第１実施形態の変形例）あるいは、図４
に示すように、蛇腹状の筒形ゴム成形品２０で半円球状
の底面１０ｂを覆い、筒２０の一方を底面１０ｂの周縁
部に接着し、もう一方の操作平面に接する面に低摩擦係
数の樹脂部品（図示省略）を張り付けた場合もある。

【００１７】第１実施形態及びその変形である三次元マ
ウスＴＤＭを、通常のマウスとして、操作平面上でマウ
ス筐体１０を水平移動させ、その平面的な動きを検出す
る場合は、ロータリーエンコーダ１５、１６がその動き
に応じた信号を出力するので、これをコンピュータに入
力することにより、カーソル等の制御ができる。一方、
マウス筐体１０をヨー／ロール／ピッチの各軸に傾けた
場合、ジャイロ１７がその印加角度に応じた角度データ
をコンピュータに出力する。図５は本実施例の特徴的な
操作方法を説明する図であり、マウス筐体１０に軽く力
を加え傾けロール方向（図中矢印方向）に角度を印加し
た場合、マウス筐体１０は半円球状底面１０ｂが操作平
面に沿って傾き、この傾きに応じた角度データを送出す
る。また力を抜くとバネ１３もしくは蛇腹状ゴム成形品
２０の復元力により、元の安定した姿勢に戻る。同様
に、ピッチ方向に角度を印加し、角度データを送出する
こともできる。

【００１８】従って、本実施形態による三次元マウスＴ
ＤＭは、例えばコンピュータのディスプレイ上で描画さ
れている立体的なモデルの視点（姿勢）を、マウス筐体
１０を高く持ち上げることなく、机上等の操作平面上に
置いたまま制御することができる。また同時に机上にお
いては通常のマウス機能も兼ね備えている為、ディスプ
レイ上のカーソル制御を行うこともできる。一方、本実
施形態の三次元マウスＴＤＭは、角度検出にジャイロ１
７を用い、慣性力としての角速度を検知して行うため、
中空上でマウス筐体１０を操作し、その時に印加した角
度データをもって、視点制御を行うこともできる。さら
に、底面１０ｂは半円球状であり、これに支持脚１３あ
るいは蛇腹状ゴム成形品２０を具備しているため、操作
する人が特に意識することなく、元の安定した姿勢に戻
すことができる。

【００１９】（第２実施形態）図６は、本発明の第２実
施形態である三次元マウスを示す斜視図である。なお、
以下の説明において、第１実施形態と同様の構成要素に
ついては同一の符号を付し、その説明を簡略化する。本
実施形態では、マウス筐体１０の底面１０ｄ及び側面１
０ｅは平坦面に形成され、その接続部である辺縁部１０
ｆがなだらかな段差のない凸面状に形成されている。マ
ウス筐体１０内部の装置構成については上述の第１実施
形態と同様であるのでその説明を省略する。

【００２０】第２実施形態の三次元マウスＴＤＭを、通
常のマウスとして、操作平面上でマウス筐体１０を水平
移動させ、その平面的な動きを検出する場合は、ロータ
リーエンコーダ１５、１６がその動きに応じた信号を出
力するので、これをコンピュータに入力することによ
り、カーソル等の制御ができる。一方、マウス筐体１０
をヨー／ロール／ピッチの各軸に傾けた場合、ジャイロ
１７がその印加角度に応じた角度データをコンピュータ
に出力する。図７は本実施例の特徴的な操作方法を説明
する図であり、ロール方向に角度を印加した場合、辺縁
部１０ｆが操作平面に接触した状態でマウス筐体１０が
回転し、ジャイロ１７はこの時の傾きに応じた角度デー
タを送出する。同様にピッチ方向に角度を印加し、角度
データを送出することもできる。

【００２１】従って、本実施形態の三次元マウスＴＤＭ
によっても、例えばコンピュータのディスプレイ上で描
画されている立体的なモデルの視点（姿勢）を、マウス
筐体１０を高く持ち上げることなく、机上等の操作平面
上に置いたまま制御することができる。また同時に机上
においては通常のマウス機能も兼ね備えている為、ディ
スプレイ上のカーソル制御を行うこともできる。一方、
本実施形態の三次元マウスＴＤＭは、角度検出にジャイ
ロ１７を用い、慣性力としての角速度を検知して行うた
め、中空上でマウス筐体１０を操作し、その時に印加し
た角度データをもって、視点制御を行うこともできる。

【００２２】（第３実施形態）図８は、本発明の第３実
施形態である三次元データ入力装置が適用される三次元
マウスを示す斜視図である。本実施形態では、マウス筐
体１０の底面１０ｄ及び側面１０ｅは平坦面に形成さ
れ、その接続部である辺縁部１０ｇが平坦面からなる面
取部に形成されている。マウス筐体１０内部の装置構成
については上述の第１実施形態と同様であるのでその説
明を省略する。

【００２３】第３実施形態の三次元マウスＴＤＭを、通
常のマウスとして、操作平面上でマウス筐体１０を水平
移動させ、その平面的な動きを検出する場合は、ロータ
リーエンコーダ１５、１６がその動きに応じた信号を出
力するので、これをコンピュータに入力することによ
り、カーソル等の制御ができる。一方、マウス筐体１０
をヨー／ロール／ピッチの各軸に傾けた場合、ジャイロ
１７がその印加角度に応じた角度データをコンピュータ
に出力する。図９は本実施例の特徴的な操作方法を説明
する図であり、辺縁部１０ｇが操作平面に接触した状態
でマウス筐体１０が回転し、ジャイロ１７はこの時の傾
きに応じた角度データを送出する。同様にピッチ方向に
角度を印加し、角度データを送出することもできる。

【００２４】従って、本実施形態の三次元マウスＴＤＭ
によっても、例えばコンピュータのディスプレイ上で描
画されている立体的なモデルの視点（姿勢）を、マウス
筐体１０を高く持ち上げることなく、机上等の操作平面
上に置いたまま制御することができる。また同時に机上
においては通常のマウス機能も兼ね備えている為、ディ
スプレイ上のカーソル制御を行うこともできる。一方、
本実施形態の三次元マウスＴＤＭは、角度検出にジャイ
ロ１７を用い、慣性力としての角速度を検知して行うた
め、中空上でマウス筐体１０を操作し、その時に印加し
た角度データをもって、視点制御を行うこともできる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、三次元データ入力の際に筐体を空中に保持するこ
となく操作平面上に置いた状態でデータ入力ができるの
で、回転角入力の際における操作性の向上を図り、入力
時の操作者への負担を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である三次元マウスを示
す斜視図である。

【図２】第１実施形態の三次元マウスの内部構成を示す
図であって、（ａ）は平面方向から内部を透視した図、
（ｂ）は側面方向から内部を透視した図である。

【図３】支持脚の構成を示す断面図である。

【図４】第１実施形態の変形である三次元マウスを示す
斜視図である。

【図５】図４に示す三次元マウスの使用状態を示す図で
ある。

【図６】本発明の第２実施形態である三次元マウスを示
す斜視図である。

【図７】第２実施形態の三次元マウスの使用状態を示す
図である。

【図８】本発明の第３実施形態である三次元マウスを示
す斜視図である。

【図９】第３実施形態の三次元マウスの使用状態を示す
図である。

【図１０】従来のマウスを示す斜視図である。

【符号の説明】

１０ マウス筐体 １０ｂ 底面 １０ｅ 側面 １０ｆ、１０ｇ 辺縁部 １２ ボール体 １３ バネ １４ 支持脚 １５、 １６ ロータリーエンコーダ １７ ジャイロ ２０ 蛇腹状ゴム成型品

フロントページの続き (72)発明者 安藤 雅明 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体内に収容され、測定平面上における
   筐体の変位を検出する変位検出手段と、 少なくとも１つの軸線回りの回転を検出する回転検出手
   段とを備えた三次元データ入力装置において、 前記筐体を前記測定平面に対して水平支持する水平支持
   部と、この筐体を前記測定平面上に支持した状態で前記
   軸線回りの回転を許容する回転許容部とを備えることを
   特徴とする三次元データ入力装置。
2. 【請求項２】 前記回転許容部は、前記筐体の外面に形
   成され、前記測定平面に少なくとも一点で接触する凸面
   部を有し、前記水平支持部は、前記凸面部を前記測定平
   面に接触させた状態で該凸面部を前記測定平面に水平支
   持させることを特徴とす請求項１記載の三次元データ入
   力装置。
3. 【請求項３】 前記水平支持部は、前記凸面部の周縁部
   から外方に突出して先端が前記測定平面に接触可能な支
   持部材を有することを特徴とする請求項２記載の三次元
   データ入力装置。
4. 【請求項４】 前記支持部材は、前記凸面部の周縁部か
   ら進退自在に外方に突出して先端が前記測定平面に接触
   可能な複数の支持脚であることを特徴とする請求項３記
   載の三次元データ入力装置。
5. 【請求項５】 前記支持部材は、前記凸面部の周縁部に
   一端が固定された筒状の蛇腹部材であることを特徴とす
   る請求項３記載の三次元データ入力装置。
6. 【請求項６】 前記筐体は底面及びこれに辺縁部を介し
   て接する側面を有し、 前記水平支持部は、前記筐体の底面に形成された平坦部
   を有し、 前記回転許容部は、前記辺縁部に形成された面取部を有
   することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの項
   記載の三次元データ入力装置。
7. 【請求項７】 前記面取部が凸状に形成されていること
   を特徴とする請求項６記載の三次元データ入力装置。
8. 【請求項８】 前記面取部が平面状に形成されているこ
   とを特徴とする請求項６記載の三次元データ入力装置。